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一種新型低功耗小型高壓電源

作者:admin來源:本網 日期:2017-11-18 10:18:00 人氣: 標簽:

  小體積高壓電源在高能離子能量分析器和小功率X光管供電等方面有重要的應用,這些應用對高壓電源提出特殊要求:輸出高壓值高,一般在+高壓穩定性好,一般要求輸出波動范圍千分之幾;輸出高壓調節范圍寬,而且連續可調;體積小、輸入功率低,適合野外作業等。

  根據這些要求,文中采用全集成化電路設計出穩定可靠的新型高壓電源,該電源具有功耗低、體積小、重量輕、絕緣性能好等特點,而且輸出高壓連續可調,穩定性好。電源的正負高壓輸出值分別為:正高壓化-25kV能滿足高能離子能量分析器和小功率X光管供電及其他相關科學研究的應用與野外作業2高壓電源的整體設計為滿足小體積、重量輕、絕緣性能好等特點,文中采用全集成化電路設計,可提高電路的可靠性和穩定性,是電源的原理框圖。由振蕩電路產生的幾十千赫茲的脈沖方波推動開關電路,在高壓升壓變壓器的初級產生幾百伏的脈沖高壓為提高高壓變壓器的初級電壓,采用自舉升壓電路,使脈沖高壓幅度增加一倍。此脈沖高壓經高壓變壓器升壓整流后可得到需要的穩定直流高壓,對于正高壓,輸出高壓值較高,因此在高壓升壓電路后采用倍壓整流u同時,為使高壓更趨穩定,采用直接取樣反饋方式來調整輸出高壓(如中虛線框所示),輸出高壓經電阻分壓后將取樣變化量送到比較放大電路和基準電壓進行比較,產生一個誤差電壓,經跟隨器功率放大后控制振蕩電路(正高壓)或低壓電源(負高壓)通過改變方波脈沖幅度或電源電壓控制輸出高壓,使高壓輸出值進一步穩定高壓電源的原理框圖跟隨器整流篼壓升壓自舉升壓3單元電路設計3.1低壓電源電路低壓電源電路主要是為整個高壓電路供電,文中采用三端集成穩壓器LM317T(負高壓)和LM7812T(正高壓)作為低壓電源LM317T為可調穩壓器,其最高輸入電壓40V,輸出電壓連續可調范圍1.5~37V,最大輸出電流1.5A,靜態電流0.008人紋波抑制比大于56dB,內部具有過流、過熱保護電路。由于負高壓采用控制開關管工作電壓來調整高壓,因此采用LM317T作為電源供電控制器,穩定開關管的工作電壓正高壓采用調整開關管柵極電壓來控制輸出電壓,所以整個電路采用+12V供電核心器件為一片LM7812T三端集成穩壓器,其輸出電壓12V,最大輸出電流1.5A,靜態電流0.008A,紋波抑制比大于55dB,內部具有過流、過熱保護電路,電壓調整率0.017V,電流調整率0. 2振蕩電路該電路主要用于產生脈沖方波推動開關管工作。

  由于高壓電源的工作狀態與方波波形和頻率密切相關,故采用NE555通用時基集成電路作為方波振蕩器。其輸出方波頻率可達500kHz,方波占空比0~100%連續可調,靜態電流0.001A(工作電壓+輸出最大電流0.2A,工作電壓+5~+18V3.3開關電路文中采用VMOS功率場效應管作為開關元件,推動后級升壓變壓器,如VMOS功率場效應管是電壓驅動型元件,其柵極對驅動電路沒有功率要求,不但提高了電路的穩定性,同時也使驅動電路的負載得到減輕,使驅動電路不因負載太重而降低工作穩定性。VMOS場效應管開關速度達納秒量級,漏源級間耐壓高達1kV以上,漏極電流最大可達數百安培,導通電阻小,用作開關元件,可提高工作頻率,降低功耗高壓升壓整流電路是整個高壓電源的核心,文中的負高壓升壓整流電路采用多級一次升壓和倍壓整流電路,高壓整流和升壓變壓器全部灌封于一體,整體穩定性高。采用高性能高壓硅粒子,其功耗只有普通高壓硅堆的40%,熱穩定性好,且體積小、重量輕、壽命長、絕緣可靠多級一次升壓變壓器等效電路如,圖中LL2L3是匝數相等的三組次級線圈,電容C是各線圈個二極管及電容組成一個整流濾波電路。D,對Li感應的高壓脈沖進行整流,通過CiG濾波,使I點直流電壓上升到Vd同樣,認對12感應的高壓脈沖進行整流,因Li和12匝數相等,故點的直流高壓在I點基礎上再升高一個Vd值,因而是2VeI點的直流高壓則是3Vd各點的交流電壓都因寄生電容的旁路作用而處于地電位,所以輸出高壓為經過濾波的直流電壓若初級線圈與LiL2L3的線圈變比都為n,則各線圈上的脈沖電壓均為VD=nVp,因此各單元整流后的總輸出電壓為Vhv=4Vd=4nVp正高壓電路采用高壓升壓加倍壓整流的方式,電路如,其中,T為普通升壓變壓器,輸出高壓脈沖約為10kV經過倍壓整流輸出的直流穩定性高,根據倍壓級數的不同和整流二極管的極性不同,可以得到不同極性和不同輸出值的高壓,且變壓器輸入功率小轉換效率高。而且因升壓變壓器輸出電壓較低以及倍壓級之間可采用接插方式連接,可以增加輸出高壓的靈活性正高壓升壓電路原理。6取樣反饋電路由于高壓變壓器分布參數的影響,使得輸出直流71994-2015ChinaAcademicournal高壓并不是很穩定,因此采用取樣反饋的方式進一步穩定輸出高壓是取樣反饋電路原理圖,R和Rs組成電阻分壓器,直接從高壓輸出端取出幾十伏直流電壓,其變化量為幾十毫伏,經隔直流電容C藕合到比較器和電壓進行比較,經A,放大輸出一負脈沖信號,經跟隨器A2放大電流后驅動三端穩壓器的電壓調整端,使LM317T輸出電壓降低,后級開關管工作電壓也降低,從而使輸出高壓更趨穩定取樣反饋電路原理3.7顯示電路本文的高壓電源顯示電路采用新穎直觀的通用4位半精密數字式電壓表,使高壓值讀數準確直觀,為高壓的調試和調節提供了方便。此數字表頭采用低功耗A/D轉換芯片MAX7129作為核心元件,具有10GQ的高輸入阻抗,顯示精度為士0.02%士2個字,分辨率可達1CKV采用電阻分壓方式來取得測量電壓,如結文中設計的高壓電源功耗低、體積小、重量輕、絕緣性能好,輸出高壓連續可調,是一種穩定性可靠的新型高壓電源,能滿足高能離子能量分析器和小功率X光管供電及其他需要小電流高電壓進行研究的應用,適合野外作業,具有廣泛的用途經多次使用測試,該電源已達到以下技術指標:輸出方式:直流高壓,正負極f性50kV連續可調輸出電流:多級一次升壓大于1mA倍壓整流大于5飲A輸入電壓:正高壓+負高壓+24V輸入電流:正高壓3cmA負高壓6cmA高壓8h工作穩定性小于。

  工作溫度:10-

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